ساخت ربات های بیوهیبرید که با ماهیچه زنده حرکت می کند

دانشمندان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) موفق به ساخت ربات های بیوهیبریدی با بافت های ماهیچه ای زیستی زنده شدند.

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری ساینس بلاگ به نقل از ادونس ساینس نیوز، همانطور که ربات ها هر روز پیچیده تر می شوند، دانشمندان در تلاشند با ادغام بافت های زنده، ماشین ها بهبود بخشند. ربات هایی که ترکیبی از بافت زنده با یک اسکلت بیرونی غیرزیستی هستند، مانند «ترمیناتور» خطرناک و قاتل نیستند بلکه به بشریت و سلامت ما کمک خواهند کرد.

محققان MIT طی مقاله ای در نشریه Advanced Intelligent Systems، از ساخت ماشینی خبر می دهند که با بافت زنده ادغام شده و زمینه را برای توسعه طراحی قوی، قابل تکرار و پیش بینی و ساخت نسل بعدی ربات های بیوهیبرید فراهم می کند.

«ریتو رامان» «Ritu Raman» از دانشکده مهندسی مکانیک موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و مجری این تحقیقات گفت: ماشین بیوهیبرید، ماشینی است که از یک ماده زیستی برای انجام یک کار عملکردی مانند سنجش، پردازش یا تحریک استفاده می کند. در این مطالعه، ما از بافت های ماهیچه ای زنده به عنوان محرک در یک ربات انعطاف پذیر استفاده کردیم.

وی افزود: مزیت استفاده از مواد زیستی در ربات ها این است که این ماشین ها، بر خلاف همتایان غیرزیستی شان، توانایی حس کردن و سازگاری با محیط به صورت بلادرنگ را دارند.

رامان اظهار داشت: پیش از این نشان دادیم ربات های دارای نیروی عضلانی می توانند ورزش کنند و قوی تر شوند یا آسیب دیدگی را التیام داده و توانایی خود را در واکنش پویا به محیط در حال تغییر نشان دهند. برای ساخت ربات های بیوهیبرید لازم است ماهیچه ها به اسکلت ها جفت شده تا حرکت به حداکثر رسیده و انتقال نیروی تکرارپذیر و کارآمد امکان پذیر شود.

در گذشته، اسکلت های ربات های بیوهیبرید از مواد نرم «ویسکوالاستیک» ساخته می شدند که دارای ویژگی های دوگانه، دارای ویسکوزیته سیال و خاصیت ارتجاعی ژل بودند. 

رامان گفت اشکال این مواد در این است که بسته به سرعت حرکت ماهیچه یا تعداد تکرارها، متفاوت عمل می کنند. مواد ویسکوالاستیک همچنین نسبت به محل قرارگیری عضله روی اسکلت رباتیک بسیار حساس هستند و مورفولوژی ربات و در نتیجه عملکرد و کاربرد های بالقوه آن را محدود می کنند. یکی از اهداف محققان MIT کنار زدن این محدودیت ها بود.

وی بیان داشت: اسکلت های ربات بیوهیبرید ما از مواد الاستیک خطی تشکیل شده که از ترکیبی از اجزای سخت و انعطاف پذیر است و این یعنی پلتفرم ما در طیف وسیعی از تکرار ها یکسان رفتار می کند و همچنین نسبت به نحوه قرارگیری عضلات روی اسکلت خیلی حساس نیست.

در نتیجه، حرکات این ربات های جدید، پنج برابر بزرگتر بود و هر بار که به کار می روند، همان حرکات را ایجاد کرده و ماشین های قدرتمند تر و قابل اعتمادتری می سازد.

بافت های ماهیچه ای مورد استفاده محققان MIT، از بافت های ماهیچه ای از رده سلولی عضلانی موش ساخته شده اند. رامان خاطرنشان کرد این یک منبع تجدیدپذیر با سلول هایی است که از حیوانات برداشت نمی شوند بلکه در ظروف آزمایشگاهی رشد می کنند.

این پژوهشگر افزود: ربات های ما حاوی مواد بیولوژیکی هستند، اما زنده نیستند. محرک های عضلانی ما شبیه سایر محرک هایی است که مهندسان معمولا برای ساخت ماشین ها از آنها استفاده می کنند مانند سیستم های پنوماتیک یا هیدرولیک.

خستگی ربات های بیوهیبرید

با وجود این واقعیت که این ربات های زیستی زنده نیستند، محققان از اینکه دیدند سیستم آنها به جز موادی که محرک های آنها را تشکیل می دهد، حداقل یک مورد مشترک با موجودات زنده دارد، غافلگیر شدند. 

آنها می گویند: دریافتیم ربات های ما در طول زمان «خسته» می شوند، به ویژه اگر در تکرار بالا استفاده شوند. به طور خاص، متوجه شدیم کارکردن ربات های ما با چهار انقباض عضلانی در ثانیه در طول 30 دقیقه منجر به کاهش قابل توجهی در عملکرد شد، اما زمانی که با سرعت عملیاتی آهسته تر (یک انقباض عضلانی در ثانیه) آزمایش شدند، هیچ نشانه ای از خستگی در 30 دقیقه نشان ندادند.

وی اظهار داشت: این ما را شگفت زده کرد و اکنون در حال کار بر روی درک سازوکار های خستگی در ربات های بیوهیبرید هستیم. سیستم MIT برای تولید گسترده بسیار مقیاس پذیر است و می تواند نه تنها در رباتیک، همانطور که انتظار می رود، بلکه در پزشکی نیز کاربرد داشته باشد.

رامان گفت: برای حوزه پزشکی، در نظر داریم پلتفرم خمشی خود را برای نظارت گسترده بر عضله بیمار به گونه ای به کار ببریم که به توسعه درمان های جدید بازگشت حرکت به بیماران مبتلا به بیماری های عصبی عضلانی منجر شود. برای رباتیک، ما طراحی اسکلت های مبتنی بر خمش را برای ربات هایی که راه می روند، شنا می کنند، پمپاژ می کنند، می گیرند و موارد دیگر را پیشنهاد می کنیم.